CN117089203A - 改性硅橡胶及其制备方法、声透元件及超声诊断设备 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种改性硅橡胶及其制备方法、声透元件及超声诊断设备。该改性硅橡胶，包括RTV硅橡胶固化物基体及分散于所述RTV硅橡胶固化物基体中的聚苯乙烯微球，所述聚苯乙烯微球为单分散颗粒，所述聚苯乙烯微球的粒径为1μm～20μm；在所述改性硅橡胶中按质量份数计，所述RTV硅橡胶固化物基体为110～140份，所述聚苯乙烯微球为15～60份。该改性硅橡胶可兼具较低的声衰减及声反射系数、较好的声阻抗匹配特性及较高的硬度，用于超声诊断设备的声透材料，不仅具有较高的使用寿命，还可提升超声诊断设备的成像灵敏度和成像质量，具有较佳的实用性。
Description
技术领域
本发明涉及声学材料技术领域，特别是涉及一种改性硅橡胶及其制备方法、声透元件及超声诊断设备。
背景技术
超声探头(又称为超声换能器)是一种将声信号与电信号相互转换的能量转换器，是医用超声诊断设备的关键组件。超声成像是基于超声探头的一种超声诊疗方法，采用对人体无害的超声波作为信息载体，超声波对不同人体组织具有差异性的声学响应，通过分析超声回波信号即可得到人体组织结构超声图像，因其无害性和便捷性在临床诊断和术中观察应用广泛。
声透镜作为一种声透元件，位于超声探头的最外层，需要最大限度的透射声波，提升超声探头的灵敏度，为此应尽可能降低声透镜的声衰减，降低声强损耗。同时，提升声透镜与人体组织结构的声阻抗匹配，从而提升声波透射率，降低声反射系数，增强超声诊断设备的成像质量。此外，位于超声探头的最外层的声透镜频繁直接与受检者接触，比较容易发生破损、开裂，故而需要较高的硬度，提升使用寿命。然而目前的声透材料很难同时满足较低的声衰减及声反射系数、较好的声阻抗匹配特性及较高的硬度多方面的特性，故而难以同时满足较高的使用寿命、较好的成像灵敏度和成像质量的使用需求。
发明内容
基于此，有必要提供一种改性硅橡胶及其制备方法、声透元件及超声诊断设备。该改性硅橡胶可用于超声诊断设备的声透材料，具有较高的使用寿命且能够使超声诊断设备兼具较好的成像灵敏度和成像质量。
本发明是通过如下的技术方案实现的。
本发明的一个方面，提供了一种改性硅橡胶，包括RTV硅橡胶固化物基体及分散于所述RTV硅橡胶固化物基体中的聚苯乙烯微球，所述聚苯乙烯微球为单分散颗粒，所述聚苯乙烯微球的粒径为1μm～20μm；
在所述改性硅橡胶中按质量份数计，所述RTV硅橡胶固化物基体为110～140份，所述聚苯乙烯微球为15～60份。
在其中一些实施例中，所述聚苯乙烯微球的粒径为1μm～10μm；
和/或，所述聚苯乙烯微球的粒度Cv值＜3％。
在其中一些实施例中，在所述改性硅橡胶中按质量份数计，所述RTV硅橡胶固化物基体为110～140份，所述聚苯乙烯微球为15～40份。
本发明的另一个方面，提供了一种改性硅橡胶的制备方法，包括如下步骤：
将RTV硅橡胶、聚苯乙烯微球及稀释剂混合均匀，再加入固化剂进行固化，以使所述聚苯乙烯微球分散于所述RTV硅橡胶固化所形成的RTV硅橡胶固化物基体中；
在所述改性硅橡胶中按质量份数计，所述RTV硅橡胶固化物基体为110～140份，所述聚苯乙烯微球为15～60份；所述聚苯乙烯微球为单分散颗粒，所述聚苯乙烯微球的粒径为1μm～20μm。
在其中一些实施例中，按质量份数计，所述RTV硅橡胶为100份，所述聚苯乙烯微球为15～60份，所述稀释剂为10～30份，所述固化剂为10份。
在其中一些实施例中，所述稀释剂选自反应型稀释剂和非反应型稀释剂中的至少一种；
所述稀释剂中含有反应型稀释剂时，所述反应型稀释剂参与固化；
所述稀释剂中含有非反应型稀释剂时，在加入所述固化剂进行所述固化之前，还包括如下步骤：除去所述混合均匀所得物料中的非反应型稀释剂。
上述任一项所述的改性硅橡胶作为声透材料的应用。
本发明的另一个方面，提供了一种声透元件，其组分包含有如上述任一项所述的改性硅橡胶。
本发明的另一个方面，提供了一种超声探头，包括探头本体及设于所述探头本体表面的上述的声透元件。
本发明的另一个方面，提供了一种超声诊断设备，包括设备主机及上述的超声探头。
上述改性硅橡胶及其制备方法，采用聚苯乙烯微球作为RTV硅橡胶的改性填料，其密度与RTV硅橡胶相当，聚苯乙烯微球在RTV硅橡胶中不会发生漂浮和沉降的分相现象，其与RTV硅橡胶具有良好的相容性，进而可保证固化后聚苯乙烯微球在RTV硅橡胶固化物基体中的分散均匀性。且选择上述单分散的聚苯乙烯微球，其粒径具有高度均一性，同时协调上述改性硅橡胶的各制备原料的组成比例，使得聚苯乙烯微球填充于RTV硅橡胶固化物中，具有优异的固相均一性，对超声波的散射程度较低，相比于未改性的硅橡胶，其提升了制得的改性硅橡胶的声阻抗，进而改善了其与人体组织声学匹配特性，降低了声反射系数，同时提高了改性硅橡胶的表面硬度，还能保证声衰减特性保持在较低水平。
上述改性硅橡胶采用的聚苯乙烯微球，其不含极性官能团，自身不发生团聚，具有良好的分散性，采用高速搅拌下可在硅橡胶中均匀分散，避免了微球团聚导致的对声波的强反射问题，具有较低的声反射系数。
上述改性硅橡胶可兼具较低的声衰减及声反射系数、较好的声阻抗匹配特性及较高的硬度，用于超声诊断设备的声透材料，不仅具有较高的使用寿命，还可提升超声诊断设备的成像灵敏度和成像质量，具有较佳的实用性。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将对本发明进行更全面的描述，并给出了本发明的较佳实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。应当理解，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
基于上述技术问题，技术人员尝试采用RTV硅橡胶(室温硫化型硅橡胶，Roomtemperature vulcanized silicone rubber)作为声透材料，例如作为声透镜的成型材料。具体地，以RTV615硅橡胶为例，RTV615硅橡胶在5MHz频率下的声衰减系数(后文也简称声衰减)仅为15.4dB/cm，具有低衰减特性，且在RTV615硅橡胶中声速约为在人体软组织中的2/3，其声衰减系数较低，非常有利于用作声透镜材料。然而RTV615硅橡胶的声阻抗值为1.05MRayl，与人体的声阻抗值(1.5MRayl)存在较大差异，故而将该硅橡胶作为声透材料制备的声透镜，与人体之间的界面会存在明显的声反射信号，导致透射声强降低，反射声波在成像时形成伪像(干扰信号)，降低成像质量，不利于超声成像。且，该硅橡胶的表面邵氏硬度为15.8，表面硬度低、易破损。
本发明的技术人员进一步地研究，通过对RTV硅橡胶进行改性，得到一种改性硅橡胶，其制备工艺简便，改善了声学匹配特性，且具有较高的表面硬度、较低的声衰减及声反射特性。
本发明的一实施方式提供了一种改性硅橡胶，包括RTV硅橡胶固化物基体及分散于RTV硅橡胶固化物基体中的聚苯乙烯微球。
其中，聚苯乙烯微球为单分散颗粒，聚苯乙烯微球的粒径为1μm～20μm。且，在改性硅橡胶中按质量份数计，RTV硅橡胶固化物基体为110～140份，聚苯乙烯微球为15～60份。
聚苯乙烯微球其密度为1.05g/cm3，与RTV硅橡胶的密度相当，采用聚苯乙烯微球作为RTV硅橡胶的改性填料，聚苯乙烯微球在RTV硅橡胶中不会发生漂浮和沉降的分相现象，其与RTV硅橡胶具有良好的相容性，进而可保证固化后聚苯乙烯微球在RTV硅橡胶固化物基体中的分散均匀性。
进一步地，聚苯乙烯材料的声阻抗约为2.5MRayl，声衰减在5MHz声频率下仅为1.7dB/cm，具有较高的声阻抗及较低的声衰减特性。且选择上述单分散的聚苯乙烯微球，其粒径具有高度均一性，同时协调上述改性硅橡胶的各制备原料的组成比例，使得聚苯乙烯微球填充于RTV硅橡胶固化物中，具有优异的固相均一性，对超声波的散射程度较低，相比于未改性的硅橡胶，其提升了制得的改性硅橡胶的声阻抗，进而改善了其与人体组织声学匹配特性，降低了声反射系数，同时提高了改性硅橡胶的表面硬度，还能保证声衰减特性保持在较低水平。
上述改性硅橡胶采用的聚苯乙烯微球，其不含极性官能团，自身不发生团聚，具有良好的分散性，采用高速搅拌下可在硅橡胶中均匀分散，避免了微球团聚导致的对声波的强反射问题，具有较低的声反射系数。
上述改性硅橡胶可兼具较低的声衰减及声反射系数、较好的声阻抗匹配特性及较高的硬度，用于超声诊断设备的声透材料，不仅具有较高的使用寿命，还可提升超声诊断设备的成像灵敏度和成像质量，具有较佳的实用性。
可理解，在上述改性硅橡胶中，按质量份数计，RTV硅橡胶固化物基体可为110份、115份、120份、130份、140份；聚苯乙烯微球可为15份、18份、20份、25份、30份、35份、40份、45份、50份、55份、60份，进一步为15～40份，更优选为20～40份。
进一步地，在改性硅橡胶中按质量份数计，RTV硅橡胶固化物基体为110～140份，聚苯乙烯微球为15～40份。
目前聚苯乙烯微球常用的粒径有1μm、10μm、20μm，还有0.1μm。其中，0.1μm的粒径过小，RTV硅橡胶具有较高粘度，RTV橡胶难以混入0.1μm微球之间，存在分散问题。而聚苯乙烯微球粒径越大，超声波在其对应的改性硅橡胶中的衍射效应越差，将会导致声衰减系数增加。
在其中一些实施例中，聚苯乙烯微球的粒径为1μm～10μm。优选地，聚苯乙烯微球的粒径为1μm。如此控制聚苯乙烯微球的粒径在上述优选范围，可避免聚苯乙烯微球粒径过小无法分散均匀，导致制得的改性硅橡胶固相不均一进而导致声衰减系数增加的问题，还可避免粒径较大导致超声波的衍射效应较差，进而导致声衰减系数增加的问题。因此控制聚苯乙烯微球的粒径在上述优选范围，可使改性硅橡胶同时兼具较好的表面邵氏硬度、声阻抗及较低的声衰减系数。
在其中一些实施例中，聚苯乙烯微球的粒度Cv值＜3％。其中Cv值是指相对标准偏差(Coefficient of variation)，CV为SD(标准偏差)/平均粒径，表示粒度分布的宽窄。进一步控制单分散的聚苯乙烯微球的粒度Cv值在上述范围，可进一步提高制得的改性硅橡胶的固相均一性，进而进一步降低其对超声波的散射程度，如此进一步提高制得的改性硅橡胶的声阻抗。
本发明的另一实施方式还提供了上述改性硅橡胶的制备方法，包括如下步骤：将RTV硅橡胶、聚苯乙烯微球及稀释剂混合均匀，再加入固化剂进行固化以使聚苯乙烯微球分散于RTV硅橡胶固化所形成的RTV硅橡胶固化物基体中，如此得到上述改性硅橡胶。
在其中一些实施例中，上述制备方法的制备原料按质量份数计如下：RTV硅橡胶为100份，聚苯乙烯微球为15～60份，稀释剂为10～30份，固化剂为10份。
可理解，在上述改性硅橡胶中，按质量份数计，RTV硅橡胶为100份；聚苯乙烯微球可为15份、18份、20份、25份、30份、35份、40份、45份、50份、55份、60份，进一步为15～40份，更优选为20～40份；稀释剂可为10份、15份、20份、25份、30份。
进一步地，按质量份数计，RTV硅橡胶为100份，聚苯乙烯微球为15～40份，稀释剂为10～30份，固化剂为10份。
在其中一些实施例中，稀释剂选自反应型稀释剂和非反应型稀释剂中的至少一种。
当稀释剂中含有反应型稀释剂时，反应型稀释剂参与固化。换言之，RTV硅橡胶固化物基体按质量份数计通过上述RTV硅橡胶、上述固化剂及上述反应型稀释剂固化而成。如此可进一步提升RTV硅橡胶固化物的交联密度，进而提升制得的改性硅橡胶的硬度。其中，反应型稀释剂的份数范围可与上述稀释剂的份数范围相同。换言之，RTV硅橡胶固化物基体的质量理论上与加入的RTV硅橡胶、固化剂和反应型稀释剂的质量之和相当。
当稀释剂中含有非反应型稀释剂时，在加入固化剂进行固化之前，还包括如下步骤：除去混合均匀所得物料中的非反应型稀释剂。而非反应型稀释剂不参与固化，故而可在固化之前将其除去。可理解，当稀释剂均为非反应型稀释剂时，稀释剂不参与固化，此时RTV硅橡胶固化物基体的质量理论上与加入的RTV硅橡胶和固化剂的质量之和相当。
进一步地，反应型稀释剂为二甲基硅油。进一步地，非反应型稀释剂为乙醇。
可理解，在一些示例中，稀释剂可全部为反应型稀释剂或全部为非反应型稀释剂。在另一些示例中，稀释剂可为反应型稀释剂和非反应型稀释剂的组合。
进一步地，除去非反应型稀释剂可通过加热除去，其加热的温度可根据非反应型稀释剂的种类选择。
在一些示例中，加热的温度可为50～80℃，例如50℃、60℃、70℃、80℃，时间可为1h～4h，例如1h、2h、3h、4h。具体地，非反应型稀释剂为乙醇时，加热除去乙醇的加热条件可为50℃处理2h。具体地，该加热步骤可在烘箱中进行。
进一步地，固化的温度可在室温(20～35℃)下进行。进一步地，固化的时间可为36h～60h，例如36h、40h、45h、48h、50h、55h、60h。
在其中一些实施例中，将RTV硅橡胶、聚苯乙烯微球及稀释剂混合均匀包括如下步骤S21～S22。
步骤S21：将聚苯乙烯微球和稀释剂混合，得到聚苯乙烯分散液。
步骤S22：将聚苯乙烯分散液加入RTV硅橡胶中混合均匀。
进一步地，步骤S22中分步将聚苯乙烯分散液加入RTV硅橡胶中，以提高聚苯乙烯在RTV硅橡胶中的分散均匀性。
进一步地，混合均匀的步骤可采用机械搅拌等常规方式混合。
上述改性硅橡胶的制备方法，工艺简便，且固化可在室温下进行，便于工业化生产，具有极大的实际应用价值。
本发明另一实施方式还提供了上述任一项的改性硅橡胶作为声透材料的应用。
通过上述特定的聚苯乙烯微球协同各组分共同作用，对RTV硅橡胶改性后，制得的改性硅橡胶，其与人体组织声学匹配特性显著改善，同时改性硅橡胶的表面硬度显著提升，且同时能够保持声衰减特性在较低水平，故而其非常适合用作声透材料，例如用作声透镜等声透元件的制作材料。
进一步地，本发明另一实施方式还提供了上述任一项的改性硅橡胶在制备声透元件中的应用。
本发明的另一实施方式，提供了一种声透元件，其组分包含有如上述任一项的改性硅橡胶。
在其中一些实施例中，声透元件可为声透镜。
可理解，上述声透元件可直接由上述改性硅橡胶制成，也可除了上述改性硅橡胶，还含有其他组分。
可理解，上述声透元件可通过上述改性硅橡胶的制备原料在成型模具中直接成型，然后根据需要进行进一步加工制得。
上述声透元件，其具有较大的表面硬度，可有效提升其使用寿命，且其与人体组织声学匹配特性更佳，且声衰减特性保持在较低水平，如此可以在声衰减影响不大的情况下，降低声透元件与人体之间的界面的声反射信号，提高透射声强，进而有效地减少伪像(干扰信号)，提高成像质量。
本发明的另一实施方式，提供了一种超声探头，包括探头本体及设于所述探头本体表面的上述的声透元件。
进一步地，探头本体包括支撑架及依次设于支撑架上的吸声块、晶片及匹配层。声透元件设于探头本体的匹配层上。
超声探头可以发射和接收超声波，并将超声波进行电声信号转换。从探头本体发出的超声波，经声透镜聚焦在组织脏器等诊断试样上，从诊断试样透出的超声波携带了被照部位的信息，例如对声波的反射、吸收和散射等情况的信息，然后再经声透镜汇聚在探头本体上，被探头本体接收并进行电声信号转化，得到电信号。
该超声探头应用有上述声透元件，可有效提升其使用寿命，且可以在声衰减影响不大的情况下，降低超声探头与人体之间的界面的声反射信号，提高透射声强，进而有效地减少伪像(干扰信号)，提高超声成像质量。
本发明的另一实施方式，提供了一种超声诊断设备，包括设备主机及上述的超声探头。
其中，设备主机用于对超声探头接收到的接收信号进行处理及显示。超声探头可以发射和接收超声波，并将超声波进行电声信号转换。超声探头能够将由设备主机传输来的电信号转变为高频振荡的超声信号，又能将从组织脏器等诊断试样等反射回来的超声信号转变为电信号，最后显示于设备主机的显示器上。
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加简洁明了，本发明用以下具体实施例进行说明，但本发明绝非仅限于这些实施例。以下所描述的实施例仅为本发明较好的实施例，可用于描述本发明，不能理解为对本发明的范围的限制。应当指出的是，凡在本发明的精神和原则之内所做的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
为了更好地说明本发明，下面结合实施例对本发明内容作进一步说明。以下为具体实施例。各实施例和对比例中所用的粒径1μm的聚苯乙烯微球产自Vmicro Nano的PST001UM，粒径10μm的聚苯乙烯微球产自Vmicro Nano的PST 010UM，粒径20μm的聚苯乙烯微球产自Vmicro Nano的PST 020UM，固化剂的厂商型号为迈图Momentive 9482，其粒度Cv值均＜3％。
实施例1
25℃下，将100g RTV615加入250mL烧瓶中。以10g乙醇作为稀释剂，与20g的粒径1μm的聚苯乙烯微球在25℃下搅拌10min，混合均匀后得到聚苯乙烯微球分散液。将聚苯乙烯微球分散液分四次加入上述的烧瓶中，每次加入四分之一的聚苯乙烯微球分散液，并搅拌10min。聚苯乙烯微球分散液加入完毕后，置于50℃烘箱中2h烘干，除去乙醇溶剂，再加入固化剂10g(Momentive 9482，下同)搅拌10min，然后浇筑在成型模具中，置于25℃、50％RH恒温恒湿箱中固化48h得到RTV固化物，即为声学透镜材料。
实施例2
25℃下，将100g RTV615加入250mL烧瓶中。以10g乙醇作为稀释剂，与20g的粒径10μm的聚苯乙烯微球在25℃下搅拌10min，混合均匀后得到聚苯乙烯微球分散液。将聚苯乙烯微球分散液分四次加入上述的烧瓶中，每次加入四分之一的聚苯乙烯微球分散液，并搅拌10min。聚苯乙烯微球分散液加入完毕后，置于50℃烘箱中2h烘干，除去乙醇溶剂，再加入固化剂10g搅拌10min，然后浇筑在成型模具中，置于25℃、50％RH恒温恒湿箱中固化48h得到RTV固化物，即为声学透镜材料。
实施例3
25℃下，将100g RTV615加入250mL烧瓶中。以10g二甲基硅油作为稀释剂，与20g的粒径1μm的聚苯乙烯微球在25℃下搅拌10min，混合均匀后得到聚苯乙烯微球分散液。将聚苯乙烯微球分散液分四次加入上述的烧瓶中，每次加入四分之一的聚苯乙烯微球分散液，并搅拌10min。聚苯乙烯微球分散液加入完毕后，再加入固化剂10g搅拌10min，然后浇筑在成型模具中，置于25℃、50％RH恒温恒湿箱中固化48h得到RTV固化物，即为声学透镜材料。
实施例4
25℃下，将100g RTV615加入250mL烧瓶中。以20g乙醇作为稀释剂，与40g的粒径1μm的聚苯乙烯微球在25℃下搅拌10min，混合均匀后得到聚苯乙烯微球分散液。将聚苯乙烯微球分散液分四次加入上述的烧瓶中，每次加入四分之一的聚苯乙烯微球分散液，并搅拌10min。聚苯乙烯微球分散液加入完毕后，置于50℃烘箱中2h烘干，除去乙醇溶剂，再加入固化剂10g搅拌10min，然后浇筑在成型模具中，置于25℃、50％RH恒温恒湿箱中固化48h得到RTV固化物，即为声学透镜材料。
实施例5
25℃下，将100g RTV615加入250mL烧瓶中。以20g乙醇作为稀释剂，与40g的粒径10μm的聚苯乙烯微球在25℃下搅拌10min，混合均匀后得到聚苯乙烯微球分散液。将聚苯乙烯微球分散液分四次加入上述的烧瓶中，每次加入四分之一的聚苯乙烯微球分散液，并搅拌10min。聚苯乙烯微球分散液加入完毕后，置于50℃烘箱中2h烘干，除去乙醇溶剂，再加入固化剂10g搅拌10min，然后浇筑在成型模具中，置于25℃、50％RH恒温恒湿箱中固化48h得到RTV固化物，即为声学透镜材料。
实施例6
25℃下，将100g RTV615加入250mL烧瓶中。以20g二甲基硅油作为稀释剂，与40g的粒径1μm的聚苯乙烯微球在25℃下搅拌10min，混合均匀后得到聚苯乙烯微球分散液。将聚苯乙烯微球分散液分四次加入上述的烧瓶中，每次加入四分之一的聚苯乙烯微球分散液，并搅拌10min。聚苯乙烯微球分散液加入完毕后，再加入固化剂10g搅拌10min，然后浇筑在成型模具中，置于25℃、50％RH恒温恒湿箱中固化48h得到RTV固化物，即为声学透镜材料。
实施例7
25℃下，将100g RTV615加入250mL烧瓶中。以30g乙醇作为稀释剂，与60g的粒径1μm的聚苯乙烯微球在25℃下搅拌10min，混合均匀后得到聚苯乙烯微球分散液。将聚苯乙烯微球分散液分四次加入上述的烧瓶中，每次加入四分之一的聚苯乙烯微球分散液，并搅拌10min。聚苯乙烯微球分散液加入完毕后，置于50℃烘箱中2h烘干，除去乙醇溶剂，再加入固化剂10g搅拌10min，然后浇筑在成型模具中，置于25℃、50％RH恒温恒湿箱中固化48h得到RTV固化物，即为声学透镜材料。
可理解，上述实施例所得的声学透镜材料经进一步加工，即可制得声学透镜。
实施例8
实施例8与实施例1基本相同，区别在于，其将实施例1中的聚苯乙烯微球替换为质量相同、粒径为20μm聚苯乙烯微球。
实施例9
实施例9与实施例1基本相同，区别在于，其将实施例1中的聚苯乙烯微球替换为粒径相同、质量为15g的聚苯乙烯微球。
对比例1
25℃下，将100g RTV615加入250mL烧瓶中。加入10g固化剂，25℃下搅拌1h，混合均匀后浇筑在成型模具中，置于25℃、50％RH恒温恒湿箱中固化48h得到RTV固化物，即为声学透镜材料。
对比例2
对比例2与实施例1基本相同，区别在于，对比例2将实施例1中的聚苯乙烯微球替换为总质量相同、质量比为1:1的1μm聚苯乙烯微球和10μm聚苯乙烯微球。
对比例3
对比例3与实施例1基本相同，区别在于，对比例3将实施例1中的聚苯乙烯微球替换为质量相同的0.1μm聚苯乙烯微球。
对比例4
对比例4与实施例1基本相同，区别在于，对比例4将实施例1中的聚苯乙烯微球替换为粒径相同的70g聚苯乙烯微球。
对比例5
对比例5与实施例1基本相同，区别在于，对比例5将实施例1中的聚苯乙烯微球替换为粒径相同的10g聚苯乙烯微球。
各实施例和对比例的部分参数及制得的RTV固化物的表面邵氏硬度、声阻抗、声衰减、声反射系数数据如下表所示：
其中，表面邵氏硬度的测试标准或测试方法如下：GB/T 531.1-2008；
声阻抗的测试标准或测试方法如下：YY/T 1668-2019；
5MHz频率下声衰减的测试标准或测试方法如下：YY/T 1668-2019；
声反射系数的测试标准或测试方法如下：通过测试得到材料声阻抗，再以YY/T1668-2019标准中的声强透射系数公式计算得到声反射系数。
对比例1未加入聚乙烯微球改性，所得RTV固化物的表面邵氏硬度为15.9，声阻抗为1.07MRayl，5MHz频率下声衰减为15.4dB/cm，声反射系数为5.52％。可见，对比例1未加入聚乙烯微球改性的RTV固化物的声阻抗较低，仅为1.07dB/cm，声反射系数较高达到5.52％。
一般地，作为声透材料的材料，其声阻抗优选在1.1～1.5Mrayl，5MHz频率下声衰减在28dB/cm以下，声反射系数在2.0％以下，以保证超声成像灵敏度和成像质量。而一般地，作为声透材料的材料的表面邵氏硬度在17～60；硬度太低，使用寿命太低，而硬度过高，其与人体接触的亲肤性不佳。优选地，作为声透材料的材料的表面邵氏硬度在19～50，进一步优选为25～45。
对比例2为两种不同粒径的聚乙烯微球混合，即粒径不是高度均一，根据结果可知聚苯乙烯微球的粒径不均对声衰减存在较大影响，其5MHz频率下声衰减达到29.4dB/cm，说明其声强损耗较大，这将严重降低超声探头的灵敏度。
对比例3的聚苯乙烯微球的粒径范围扩展至0.1μm，微球粒径过小，由于硅橡胶具有一定的粘度，难以渗入微球之间，RTV硅橡胶体系难以分散，其声阻抗虽然也有提升，但声衰减增幅更大，其5MHz频率下声衰减达到28.9dB/cm，说明其声强损耗较大，这将严重降低超声探头的灵敏度。
对比例4增加聚乙烯微球的份数至70g，对于RTV硅橡胶的改性效果降低，其5MHz频率下声衰减显著提升达到34.7dB/cm，说明其声强损耗较大，这将严重降低超声探头的灵敏度。
对比例5降低聚乙烯微球的份数至10g，对于RTV硅橡胶的改性效果降低，其声反射系数反而显著提升达到2.51％，这说明声波透射率较低，这将影响超声成像质量。
各实施例制得的改性RTV固化物，其声阻抗达1.12Mrayl以上，5MHz频率下声衰减在28dB/cm以下，声反射系数在2.1％以下，表面邵氏硬度在17～40。
由对比例1与实施例1、实施例2和实施例8对比可知，聚苯乙烯微球加入RTV615中，声衰减系数仅略微提升，特别是实施例1～2的声衰减系数的增加很小，而表面邵氏硬度和声阻抗提升明显。由实施例1、实施例2和实施例8可知，当聚苯乙烯微球的粒径在1μm～20μm范围内增大时，例如微球粒径增大至20μm时，超声波在其对应的改性硅橡胶中的衍射效应越差，将会使声衰减系数有小幅增加，故而聚苯乙烯微球的粒径进一步优选1μm～10μm。在硬度方面，1μm聚苯乙烯微球的改性效果低于10μm和20μm聚苯乙烯微球，但声阻抗、声衰减和声反射系数均优于10μm聚苯乙烯微球和20μm聚苯乙烯微球，优选1μm聚苯乙烯微球。
由实施例1与实施例3对比可知，以二甲基硅油作为稀释剂制备聚苯乙烯微球分散液，对所制备的硅橡胶硬度具有一定的提升，这是因为二甲基硅油可作为活性单体参与RTV的固化反应，提升交联密度，进而增加硅橡胶的硬度。
由实施例1、实施例4、实施例7和实施例9可知，增大聚苯乙烯微球的加入量可以进一步提高改性RTV硅橡胶的声阻抗和邵氏硬度，但声衰减随之上升。相对来说，实施例7中聚苯乙烯加入量为60份，改性RTV硅橡胶的声衰减增幅相对较大，表明若继续增加聚苯乙烯微球的加入量，即聚苯乙烯微球的加入量过大时，可能会严重影响硅橡胶的声学性能。
从实施例6可知，以二甲基硅油作为稀释剂，加入量为20份，聚苯乙烯微球加入量为40份时，本发明上述改性硅橡胶，其声阻抗值可由纯RTV硅橡胶的1.07MRayl提升至1.32MRayl，与人体组织的1.5MRayl更为接近；声反射系数降低至0.41％，说明其具有更高的透声性，同时声衰减仅由5MHz时的15.4dB/cm提升至19.9dB/cm，说明其声衰减特性影响不大仍处于低衰减水平，硬度可达36.9，使用寿命和亲肤性均可满足，故而实施例6的改性硅橡胶是一种实用性较高的声学透镜材料。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准，说明书可以用于解释权利要求的内容。
Claims (10)
1.一种改性硅橡胶，其特征在于，包括RTV硅橡胶固化物基体及分散于所述RTV硅橡胶固化物基体中的聚苯乙烯微球，所述聚苯乙烯微球为单分散颗粒，所述聚苯乙烯微球的粒径为1μm～20μm；
在所述改性硅橡胶中按质量份数计，所述RTV硅橡胶固化物基体为110～140份，所述聚苯乙烯微球为15～60份。
2.如权利要求1所述的改性硅橡胶，其特征在于，所述聚苯乙烯微球的粒径为1μm～10μm；
和/或，所述聚苯乙烯微球的粒度Cv值＜3％。
3.如权利要求1至2任一项所述的改性硅橡胶，其特征在于，在所述改性硅橡胶中按质量份数计，所述RTV硅橡胶固化物基体为110～140份，所述聚苯乙烯微球为15～40份。
4.一种改性硅橡胶的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
将RTV硅橡胶、聚苯乙烯微球及稀释剂混合均匀，再加入固化剂进行固化，以使所述聚苯乙烯微球分散于所述RTV硅橡胶固化所形成的RTV硅橡胶固化物基体中；
在所述改性硅橡胶中按质量份数计，所述RTV硅橡胶固化物基体为110～140份，所述聚苯乙烯微球为15～60份；所述聚苯乙烯微球为单分散颗粒，所述聚苯乙烯微球的粒径为1μm～20μm。
5.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于，按质量份数计，所述RTV硅橡胶为100份，所述聚苯乙烯微球为15～60份，所述稀释剂为10～30份，所述固化剂为10份。
6.如权利要求4或5所述的制备方法，其特征在于，所述稀释剂选自反应型稀释剂和非反应型稀释剂中的至少一种；
所述稀释剂中含有反应型稀释剂时，所述反应型稀释剂参与固化；
所述稀释剂中含有非反应型稀释剂时，在加入所述固化剂进行所述固化之前，还包括如下步骤：除去所述混合均匀所得物料中的非反应型稀释剂。
7.如权利要求1至3任一项所述的改性硅橡胶作为声透材料的应用。
8.一种声透元件，其特征在于，其组分包含有如权利要求1至3任一项所述的改性硅橡胶。
9.一种超声探头，其特征在于，包括探头本体及设于所述探头本体表面的如权利要求8所述的声透元件。
10.一种超声诊断设备，其特征在于，包括设备主机及权利要求9所述的超声探头。
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